JPS6223042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 技術分野 本発明は粉末冶金用焼結炉、特に効率の良い焼
結炉に関する。

(ロ) 背景技術 従来この分野における焼結法としては、抵抗発
熱によるもの、誘導加熱によるもの、ホツトプレ
ス等が通常採用されている。

これ等はその焼結サイクルが10⁴〜10⁵秒であ
り、焼結以外の工程例えばプレス工程が10⁰秒で
あるのに較べて極めて長い時間を要するものであ
る。

更にまた上述の従来の焼結炉ではその炉体が焼
結される成型体の大きさに較べて過大であり加熱
効率が極めて悪く数％に過ぎない。また炉体構成
部材として断熱材等種々の材料で構成され特に高
温で使用する場合は被焼結体にとつて好ましくな
い雰囲気を形成することがあり、高品質の焼結体
を得るためには種々の工夫が必要であり、設備コ
ストが過大となる。

上記の問題のうち、焼結サイクルに関しては被
焼結体である成型体に直接通電して発熱する通電
加熱法が提案されているが、これは導電性材料に
のみ適応されセラミツクのような絶縁物には応用
できず、さらに表面と内部の組織が不均一になる
欠点があり超硬合金の如く組織によつて特性が著
しく影響される製品には適用されない。

本発明はかゝる従来の焼結炉の問題を解消する
もので高速で焼結でき、しかも高品質の焼結体を
得ることのできる焼結炉を提供するのが目的であ
る。

第１図は粉末冶金の一般的な製造工程を示す図
であり、数100μから0.1μの範囲の原料粉末を所
定組成に配合し、これに潤滑材、有機結合剤を２
〜10％添加混合、粉砕したものを所定寸法の金型
に充填し、0.5〜8t／cm²の圧力でプレス成型す
る。次に400〜800℃の温度で上記潤滑材、結合剤
を除去する脱バインダー工程を経て焼結し、必要
によつて所定寸法に加工として製品とする。最近
の粉末冶金製品はセラミツク・サーメツト、超硬
合金、ダイヤモンド等種々広範な工業用途に普及
しており量産性が重要視され自動化、連続化が進
んでいるが前述の如くこれらの工程のうち焼結工
程が１〜10時間のサイクルで行われており最も遅
れていると云わざるを得ない。

本発明はこの焼結と光エネルギーを利用し、短
時間に行うものである。従来光エネルギーの利用
としては太陽エネルギーをパラボラ集光板により
１点に集中して加熱する方法が知られているが、
上記の粉末冶金製品の焼結には雰囲気調整、量産
性の点で実用的でない。

(ハ) 発明の開示 本発明は赤外線ランプ等の光源を密閉炉体の所
定箇所に設置し、炉体内壁は断面放物線状のAl
または金の反射板となつており、上記ランプの光
が炉体中心に全て集光し、中心に焼結すべき成型
体を照射し急速加熱することによつて焼結を短時
間に完了せしめるものである。

そして本発明のもう一つの特徴は被焼結体が炉
体外の駆動装置によつて駆動される支持装置によ
つて回転自在に取り付けられ、昇温から冷却サイ
クルの間回転されるようになつていることであ
る。これによつて反射板から反射集中する光線が
被焼結体を全体均一に昇温せしめ変形の極め少い
焼結が可能となる。

第２図は本発明の焼結に用いる焼結炉の一例の
正断面図であり、第３図はその中心部の横断面図
である。被焼結体６は炉体１の中央部に石英板１
３等の上に設置し、光源ランプ１６の光は反射板
１５に反射し１７で示す光線に示す如く全て被焼
結体６に集光し、被焼結物は製品の大きさ、材料
によつて異るが、１〜10分で昇温焼結が完了す
る。

上記の光源としては赤外線ランプが最も適す
る。この赤外線ランプは透明石英ガラス管にタン
グステンフイラメントを封入し、内部にハロゲン
ガスを入れて密閉されたものであり、その放射波
長はほゞ1.15ミクロンにピークをもつ近赤外線放
射スペクトルをもつている。従つて輻射効率も高
く、電力密度は100ワツト／cm²前後であり、従来
の抵抗発熱に較べ２〜10倍の電力密度をもつてい
る。この赤外線ランプは従来、主として熱分析熱
的性能試験や半導体の熱処理等に使用されている
が、本発明の如く粉末冶金の焼結に用いた例は無
い。本発明者らは種々の検討の結果粉末冶金への
実用を可能にしたものである。

第２図は上記光ビーム加熱方式を用いた焼結炉
の１実施例の全体の正断面図である。炉体１の中
は脱バインダー部２と焼結部３とに分れており、
各々上下移動可能なシヤツター８，８′で遮断す
ることができる。脱バインダー部は電熱ヒータ７
によつて200〜800℃に加熱されバインダー留めＷ
に回収される。焼結部では被焼結体６が石英管１
２の中央に置かれ、前述の光ビームを照射する光
源部５によつて急速加熱される。石英管１２は外
部から駆動される回転ローラー４によつて回転す
るようになつている。Ｒは真空排気用ポンプ、
９，１０はガス導入口、１１はガス排気口であ
り、炉内を真空、ガス雰囲気と任意に調整するこ
とができる。

光源部の汚染を防止するため、光源部と石英管
内とは別々にガスを導入すれば焼結炉の補修上有
利である。

第４図は本発明の焼結における焼結サイクルの
一例であり、昇温６が２分、焼結キープ７が1.5
分、冷却が1.5分であり、従来10⁴〜10⁵秒であつ
た焼結工程は10²秒に極端に短縮された。

本発明の場合、昇温速度は10℃／秒以上150
℃／秒以下であり、焼結温度1200〜1600℃の範囲
のものが最も効率良く焼結され、焼結サイクルは
20分以下で大抵の場合すんだ。しかもこの焼結サ
イクル中被焼結体は回転しているために光線の集
中点がずれていたとしても全体が均一に昇温され
るため極めて変形の少ない焼結体が得られ、後工
程の加工代が著しく少くなる。

本発明の効果は単に焼結時間の短縮のみでなく
加熱時間が短いことにより成型体の雰囲気による
汚染が少く、またもし一部が酸化していても初期
段階で還元除去されるため真空や特殊な雰囲気が
不要となつた。また短時間で焼結されてしまうた
め特に焼結中に液相の生ずるものについては高温
での変形が少なく、形状効果の影響が少ないなど
の効果があつた。

一般に焼結される前の成型体は多孔質であり、
熱伝導が悪いため、これに光エネルギーが投入さ
れる熱を効率よく吸収し、成型体は急激に昇温す
ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は粉末冶金の工程を示す工程図、第２図
第３図は本発明の焼結炉の実施例を示す図で、第
２図は炉全体の正断面図、第３図は焼結部の中心
部横断面図および第４図は本発明の炉による昇温
曲線の例である。 １；炉体、２；脱バインダー部、３；焼結部、
４；回転ローラー、５，５′；光源部、６，６′；
被焼結体、７；ヒータ、８，８′；シヤツター、
９，１０；カス導入口、１１；ガス排出口、Ｒ；
真空ポンプ、Ｗ；バインダー留め、１２；石英
管、１３；敷板、１４；熱断熱材、１５；反射
板、１６；光源、１７；光線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炉体内壁が断面放物線状又は楕円状の反射板
   からなり、光源ランプの光線が反射板により被焼
   結体に集中する位置に、光源ランプが複数個設け
   られており、かつ被焼結体は外部の駆動装置によ
   つて駆動される支持装置によつて回転自在に載置
   されており、被焼結体は回転しながら昇温焼結さ
   れることを特徴とする焼結炉。